Die Wirkung von im Labor synthetisiertem Polyaluminiumchlorid (PAC), das nach dem Alkalititrationsverfahren hergestellt wurde, auf die Flotationsleistung von Graphit wurde in dieser Arbeit systematisch untersucht. Flotationstests mit natürlichem Graphit-Erz zeigten, dass PAC den Flotationsausbeute erhöhen kann, während die Konzentratsqualität erhalten bleibt. Weitere Flotationstests mit künstlichen Mischmineralien aus Graphit und Kaolinit zeigten, dass die Zugabe von PAC bei etwa 30 mg/L die Graphitrückgewinnung und die Trennungseffizienz verbessern kann und keinen signifikanten negativen Einfluss auf den Verlust bei der Zündung im Konzentrats hat. Der mögliche Verbesserungsmechanismus von PAC bei der Graphitflotation, einschließlich Wasseraufnahme, Schlammüberzug und Blasen-Graphit-Anhaftung, wurde durch Charakterisierungsmethoden wie Zeta-Potential-Messungen, fokussierte Strahlreflexionsmessung (FBRM), Partikelvision und -messung (PVM), Einzelblasenbelastungstests und Kontaktwinkelmessungen aufgezeigt. Zeta-Potential-Messungen zeigen, dass PAC bei 30 mg/L die negative Ladung auf der Oberfläche von Kaolinit neutralisierte, während Graphit positiv geladen war. Die Echtzeit-FBRM-Ergebnisse zeigen, dass die durchschnittliche Chordlänge der Kaolinitpartikel signifikant anstieg, als die PAC-Konzentration 30 mg/L betrug, und bei einer PAC-Konzentration von 90 mg/L abnahm, während die Graphitpartikel in einem Dispersionszustand blieben. Die PVM-Ergebnisse deuteten jedoch darauf hin, dass der Schlammüberzug zwischen der Kaolinit- und der Graphitoberfläche verstärkt wurde, als PAC 30 mg/L betrug, und dann bei 90 mg/L abnahm. Die Einzelblasenbelastungstests und Kontaktwinkelmessungen bewiesen, dass PAC bei 30 mg/L die Anhaftungswahrscheinlichkeit zwischen Blase und Graphitpartikeln signifikant erhöhte. In der Zwischenzeit blieb der Kontaktwinkel von Graphit stabil, ohne signifikante Reduktion, was die Oberflächenhydrophobizität von Graphit effektiv aufrechterhielt und letztendlich die Graphitflotationsrückgewinnung förderte. Diese Arbeit soll ein theoretisches Verständnis und technische Unterstützung für die Graphitflotation durch die Anpassung der PAC-Konzentration bieten.

Als strategische nichtmetallische Mineralressource in der Natur weist Graphit hervorragende Eigenschaften wie hohe Wärmeleitfähigkeit, ausgezeichnete Schmierfähigkeit und bemerkenswerte chemische Stabilität auf. Es wird in der Metallurgie, Maschinenbau, Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen weit verbreitet eingesetzt [1,2]. Die Anwendung von Graphit in der Industrie wird durch seine Kristallmorphologie bestimmt [3]. Natürlicher Graphit kann grob in kristallinen Graphit und kryptokristallinen Graphit unterteilt werden, je nach Grad der Kristallisation, geologischer Herkunft und Eigenschaften. Kristalliner Graphit wird normalerweise in Blockgraphit und Flockengraphit unterteilt. Flockengraphit besitzt eine inhärente Hydrophobie, die ihm eine überlegene Schwimmfähigkeit im Vergleich zu anderen Graphitvarianten verleiht, wodurch er zu den selektiv am besten trennbaren Mineralien gehört. Durch Aufbereitungsprozesse kann der Gehalt an festem Kohlenstoff 90 % übersteigen. Im Gegensatz dazu weist kryptokristalliner Graphit eine nicht uniforme Partikelgrößenverteilung und eine komplexe Verunreinigungszusammensetzung auf, was erhebliche Herausforderungen für die Reinigung mit sich bringt [4].

Das wirtschaftliche Potenzial von Graphit-Erz hängt hauptsächlich von der Reinheit des Graphits ab [5]. Konventionelle mineralverarbeitende Techniken zur Graphitanreicherung umfassen die Schwerkrafttrennung, die elektrostatistische Trennung, die Flotation und die magnetische Trennung [6]. Bei der Flotation spielt das Gleichgewicht zwischen hydrophilen und hydrophoben Komponenten auf Mineraloberflächen eine entscheidende Rolle für die Trenneffizienz [7]. Aufgrund seiner inhärenten Hydrophobizität und natürlichen Floatierbarkeit kann Graphit effektiv von gängigen Gangmineralien (z. B. Feldspat, Quarz, Glimmer und Carbonatmineralien), die überwiegend hydrophil sind, getrennt werden. Folglich ist die Schaumflotation zur Standardmethode in der Industrie für die primäre Konzentration von Graphit-Erz geworden und bleibt eine der effizientesten und am weitesten verbreiteten Techniken zur Graphitreinigung [8]. Daher ermöglicht die Flotation eine effektive Trennung von Graphit von Gangmineralien und erreicht damit eine signifikante Reinigung.

Mit sinkenden Erzgehalten und zunehmend komplexer Mineralverbreitung ist die direkte Flotation herausfordernder geworden, um wertvolle Mineralien zurückzugewinnen, was eine Feinmahlung erforderlich macht, um eine ausreichende Freisetzung der Zielmineralien zu erreichen [9]. Der Feinmahlprozess neigt jedoch dazu, sowohl wertvolle als auch Gangmineralien gleichzeitig in feine/ultrafeine Partikel zu reduzieren. Unter diesen feinkörnigen Mineralien sind Gangmineralien aufgrund ihrer kleinen Partikelgröße und starken Oberflächenhydrophilie sehr anfällig für mechanische Mitnahme in das Konzentrat [10]. Mechanische Mitnahme bezieht sich auf den nicht-selektiven Prozess, bei dem Mineralpartikel, die in der Aufschlämmung suspendiert sind, durch Flüssigkeit nach oben in den Flotationsschaum getragen werden. Li et al. [11] zeigten, dass Serizit ein signifikantes Mitnahmeverhalten in der Graphitflotation aufweist, wobei der Grad der Mitnahme stark von der Partikelgröße abhängt. Xu et al. [12] bestätigten weiter, dass Gangmineralien in Graphitflotationskonzentraten hauptsächlich aus mechanischer Mitnahme stammen. Darüber hinaus können hydrophile feine Gangmineralien die Oberflächen wertvoller Mineralien beschichten, wodurch deren Hydrophobizität verringert und die Anhaftung von Blasen an Partikeln behindert wird, was letztendlich zu einer geringeren Rückgewinnung wertvoller Mineralien führt [13].

Mechanische Einschluss stellt eine erhebliche Herausforderung bei der Flotation feiner Mineralpartikel dar [14,15]. Forschungen zeigen, dass es eine starke Größenabhängigkeit im Verhalten des Partikeleintrags gibt [16,17]. Typischerweise werden ultrafeine Gangmineralien leicht durch Fluidkräfte in die Schaumphase gezogen. Ihre geringe Trägheit hindert sie jedoch daran, den hydrodynamischen Widerstand innerhalb des Schaums zu überwinden, was die Entwässerung zurück in die Schlammschicht behindert und zu einem erheblichen Gangübertrag führt. Um dieses Problem zu mildern, haben Flotationsforscher vorgeschlagen, polymerbasierte Additive einzusetzen, um eine selektive Aggregation von Gangmineralien zu induzieren und damit deren Einschluss zu unterdrücken [18,19]. Zum Beispiel schlugen Li et al. [20] vor, dass die Verwendung von Polyethylenglykol (PEO) Quarz selektiv flokkulieren könnte, was den Einschluss von Quarz in der Hämatitflotation reduzierte und somit die Qualität und den Ertrag des Endkonzentrats verbesserte. Chen et al. [21] wiesen darauf hin, dass PAC selektiv Kryolith aggregieren, dessen Einschluss im Flotationsprozess reduzieren und die Flotationseffizienz von verbrauchtem Kohlenstoffkathoden (SCC) verbessern kann. Die Methode verringert merklich den Einschluss von Gang in den Schaum und verbessert das Setzverhalten der eingeschlossenen Gangaggregat.

PAC wird aufgrund seiner Vorteile wie gute Löslichkeit in Wasser, breite Anpassungsfähigkeit an den pH-Wert, schnelle Flockenbildung, niedrige Kosten und einfache Anwendung [22,23] häufig im Bereich der Abwasserbehandlung eingesetzt. Frühere Studien haben gezeigt, dass PAC als Flockungsmittel selektiv Gangue-Mineralien flockulieren, die Kontamination des Konzentrats reduzieren und die Konzentratsqualität erhöhen kann [24]. Allerdings ist das in der bestehenden Forschung verwendete PAC größtenteils ein Industrieprodukt, und seine Zusammensetzung ist unklar. In dieser Arbeit wurde erstmals im Flotationsprozess der künstlichen Mischmineralien Graphit-Kaolinit labor-synthetisiertes PAC, das nach dem Alkalititrationsverfahren hergestellt wurde, verwendet. Die strukturellen Eigenschaften von PAC wurden mittels Al-Ferron zeitgesteuerter Komplexations-Kolorimetrie und Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR) charakterisiert. Das selektive Aggregationsverhalten von Kaolinit und dessen Einfluss auf die Flotationsleistung von Graphit wurden systematisch durch Flotationstests, Zeta-Potential-Analysen, FBRM, PVM, Einzelblase-Ladungstests und Kontaktwinkelmessungen untersucht. Es wurde festgestellt, dass PAC neben der Reduzierung der Wasseraufnahme von Kaolinit auch die Wahrscheinlichkeit der Blasen-Graphit-Anhaftung und die Rückgewinnung von Graphit erhöhen konnte. Darüber hinaus wurde die Schlamm-Beschichtung zwischen Kaolinit und Graphit verstärkt, wenn Kaolinit durch PAC aggregiert wurde, aber dieser negative Effekt auf die Graphitflotation konnte durch andere positive Effekte ausgeglichen werden. Diese Ergebnisse bieten nicht nur einen neuen technischen Weg für die effiziente Trennung von Graphitressourcen, sondern auch eine neue Forschungsperspektive für das selektive Flockungsverhalten in der Mineralflotation.

80 von Graphit und Kaolinit sind 48 μm bzw. 14 μm. Flake-Graphit und Kaolinit wurden gleichmäßig im Verhältnis 4:1 gemischt, um Graphit-Kaolinit künstliche Mischmineralien zu erhalten. Kerosin wurde als Sammler verwendet und sec-Octylalkohol (AR, 99 %, erhalten von

Abb. 6 zeigt die Auswirkungen von PAC auf sowohl den Ertrag als auch den Verlust bei der Zündung des Flotationskonzentrats unter Verwendung von natürlichem Graphit-Erz bei unterschiedlichen Dosierungen von Sammlern und Schäumern (0 und 100 g/t gegenüber 300 und 150 g/t). Wie in Abb. 6(a) gezeigt, wies die Kontrollgruppe (ohne PAC) einen Flotationsertrag von lediglich 3,41 % mit einem Konzentratsverlust bei der Zündung von 66,97 % auf. Obwohl die Zugabe von PAC bei 30–50 mg/L den Ertrag leicht erhöhte, blieb der Gesamtertrag unbefriedigend.

Flotation-Tests mit sowohl natürlichen Erzen als auch künstlich gemischten Proben haben gezeigt, dass PAC die Schlüsselindikatoren wie Konzentratausbeute, Graphit-Rückgewinnung und Trennungs-effizienz verbesserte. Die Zeta-Potential-Analyse zeigte, dass PAC einen selektiven Flokkulierungseffekt auf Kaolinit bei einer PAC-Konzentration von 30 mg/L aufwies. FBRM- und PVM-Tests zeigten weiter, dass 30 mg/L PAC die selektive Aggregation von Kaolinit fördern konnte und Kaolinit in Form von Flocken an der Oberfläche von Graphit haften würde.